天河一键技术

天河一号

Tianhe-1是世界上第一个使用CPU + GPU异构计算的超级计算机系统. 该网络系统完全由国防科学技术大学开发. 该系统的第一阶段（TH-1）于2009年9月成功开发. 第二阶段系统（TH-1A）的峰值性能为4700TFlops，在2010年11月的“世界500强超级计算机”中排名第一. 天河一号主要用于石油勘探，生物医学，航空航天设备的开发以及基础科学理论计算. 天河一号的成功发展标志着中国的超级计算机领域已进入国际先进行列.

“天河一号”千万亿次超级计算机系统

“天河第一号”是中国国防科技大学开发的中国第一台千兆级超级计算机. 中国自主研发的超级计算机的能力已从一万亿跃升至petaflop，这使中国成为仅次于美国的世界第二个能够开发petaflop超级计算机的国家.

“天河一号”采用多阵列可配置的协作并行体系结构. 整个系统由103个机柜组成，占地面积近1000平方米，总重量为155吨. 从2009年底到2010年，它已在国家超级计算机天津中心全面部署. 用于石油勘探数据处理，生物医学研究，航空航天设备开发以及数据处理，金融工程数据分析，生态动力学和污染模拟. 环渤海，基础科学，理论计算等.

“天河一号”在“世界超级计算机排名”中排名第一

作为国家高技术研究发展计划（863计划）的重大项目，“天河一号”设计始于2008年. 整个项目分为两部分:

该系统的第一阶段（TH-1）于2009年9月成功开发，峰值速度为每秒1206万亿个双精度浮点运算（TFlops），持续速度为563.1TFlops（LINPACK测量值） ）. 第一个petaflop超级计算机系统. 这些数字意味着，“天河1号”的每天计算每天都要连续计算160年，“天河1号”具有Intel双核CPU，主频率为2.5GHz. 从共享总存储容量来看，“天河一号”的存储容量相当于四个国家图书馆的藏书量，共计2700万册.

第二阶段系统（TH-1A）在2010年8月在国家超级计算机天津中心进行了升级. 峰值速度提高到4700TFlops，连续速度提高到2566TFlops（LINPACK的测量值）. 系统的一部分采用了自行开发的Feiteng-1000中央处理单元. 2010年11月参加世界超级计算机500强排行榜，世界排名第一，从亚洲第一跃升为世界第一，中国自主研发超级计算机的综合技术水平实现历史性突破，跃居世界领先水平

“天河一号”安装在天津国家超级计算机中心

对于高性能计算机，系统的性能绝不是每个单元的计算性能的简单叠加. 为了提高整体效率，“天河一号”采用了七项​​关键技术，包括:

1）多阵列可配置的协作并行体系结构，它在超高性能计算机体系结构中进行了集成，并取得了突破.

2）高速扩展互连通信技术以40Gbps的通信带宽和1.2微秒的延迟实现了高效的通信性能.

3）高效的异构协作计算技术，采用CPU + GPU架构，GPU充当，可以加快计算机的运行速度，但可以降低功耗和成本.

4）“天河”基于隔离的安全控制技术，实现了不同用户之间数据和工作信息的相互隔离. 对于用户而言，这相当于用自己的钥匙在银行里租一个保险柜.

5）虚拟化的网络计算支持技术简化了使用难度，提高了应用程序开发效率，并且可以进一步扩展以满足未来云计算的需求.

6）多级大型系统容错技术减轻了大型系统固有的低可靠性对用户应用程序运行的影响，大大提高了用户操作的成功率.

7）系统能耗综合控制技术. 尽管“天河一号”（该项目的一期工程）每年的电费高达1800万元，但它仍然是世界上最环保的超级计算机之一.

“天河一号”采用了融合了CPU和GPU的异构融合计算架构. 硬件系统由计算阵列，加速阵列，服务阵列，互连通信子系统，I / O存储子系统以及监视和诊断子系统组成. 该系统包括六个部分. 软件系统由操作系统，编译系统和其他部分组成. 总体技术指标如下:

天河一号系统配置显示

峰值速度为4700TFlops超级计算机配置，连续速度为2566TFlops（由LINPACK测量），总内存容量为262TB，总存储容量为2PB.

包含7168个计算节点和1024个服务节点. 每个计算节点包含两个Intel CPU和一个Nvidia GPU，每个服务节点包含两个Feiteng CPU.

整个系统总共有23552个微处理器，包括Intel Xeon X5670 CPU（2.93GHz，6核）14336，Feiteng-1000 CPU（1.0GHz，8核）2048，NVIDIA M2050 GPU（1.15GHz，14）内核/ 448个CUDA内核）7,168个，总共102,​​400个CPU内核，以及总共100,352个GPU内核.

使用自主设计的高端路由芯片NRC和高速网络接口芯片NIC来实现具有光电混合胖树结构的高端路由网络，链路双向带宽为160Gbps，时延是1.57us.

使用Lustre全局分布式共享并行I / O结构，6个元数据管理节点，128个对象存储节点以及2PB的总容量.

使用分布式集中管理结构来实现系统的实时安全监控，控制，调试和诊断.

采用高密度的双面对接插头结构，冷冻水空调被密封并被空气冷却以散热. 环境温度为10℃〜35℃，湿度为10％〜90％.

针对高性能并行计算进行了优化的64位Kirin Linux，支持能源管理，高性能虚拟计算域等，并且可以广泛支持第三方应用软件.

支持C，C ++，Fortran77 / 90/95，Java语言，支持MPI并行编程，支持异构协作编程框架，并有效利用CPU和GPU的协作计算功能.

图为通过天河一号飞机（最终用户入口界面）对飞机的空气动力学形状进行辅助设计

“天河一号”于2009年底至2010年在天津滨海新区定居，并成为国家超级计算机天津中心的业务主办方. 它主要用于石油勘探数据处理，生物医学研究，航空航天设备开发超级计算机配置，资源勘探和卫星遥感数据处理，金融工程数据分析，渤海生态动态和污染的数值模拟以及基础科学理论计算.

天津国家超级计算中心还与天津国际生物医学研究院，南开大学等单位合作，建立了生物医学信息处理平台. 与国家产业综合示范园合作，建立了渲染中心和特效工作室. 包括动作捕捉系统在内的高速设计平台. 该中心还建立了计算机辅助设计和仿真分析平台，以提供新能源，新材料和航空航天设备开发等新兴行业的性能计算服务.

2012年3月27日，国家超级计算机天津研究中心与全球最大的基因组研究机构深圳华大基因研究院签署了合作协议，“天河一号”将首次进入基因研究领域.

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